CN106789778B - 一种用于mimo-scma系统的信号似然比计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于MIMO‑SCMA系统的信号似然比计算方法及装置，所述方法包括：接收第一信号，并对其解调，得到解调信号；当解调信号可二进制拆分时，针对MIMO‑SCMA系统中的每个发送节点，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比；将解调信号进行二进制拆分，获得二进制调制系数矩阵；针对每一接收节点，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。通过实施本方案，可以简化似然比计算过程。

Description

一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法及装置。

背景技术

在MIMO-SCMA(Multiple-Input Multiple-Output-Sparse Code MultipleAccess，基于多输入、输出技术的稀疏码多址接入)系统中，发送端和接收端分别存在多个发送节点、接收节点。发送节点所发送的调制后的原始信号，被接收端的接收节点接收，并经过译码器进行解调，进而得到解调信号。为确定解调信号的差错率，从而确定MIMO-SCMA系统数据传输的可靠性，接收端通常需要根据解调信号计算解调信号的似然比。

现有的计算似然比的过程为：接收端将解调信号内的每个码元所携带的原始数据进行概率估计，接着将每个码元所携带的概率估计结果进行求和，得出调制信号的似然比。

但是，在MIMO-SCMA系统中，由于每一发送端、接收端分别存在多个发送节点和接收节点同时进行信号传输，从而MIMO-SCMA系统存在信号传输量庞大的特性，进而译码器输出的解调信号中的码元数量同样庞大。因此，上述方法中针对存在的所有码元携带的原始数据进行概率估计的操作，将导致解调信号的似然比的计算过程过于繁琐。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法及装置，以简化似然比的计算过程。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法，所述方法应用于接收端，所述接收端包括多个接收节点，所述方法包括：

接收第一信号，并对所述第一信号进行解调，得到解调信号；

当所述解调信号可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比；其中，所述原始信号为该发送节点进行调制之前的信号，所述原始信号的第一概率预测值为根据所述解调信号预测的该发送节点的原始信号取值的概率值；

将所述解调信号进行二进制拆分，获得所述解调信号的二进制调制系数矩阵；其中，所述二进制调制系数矩阵的行、列分别与各所述接收节点的序号、以及各所述发送节点的序号相对应；

针对每一接收节点，根据该接收节点的序号、向该接收节点发送信号的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

可选地，所述方法还包括：

当所述解调信号不可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第二概率预测值，初始化该发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率；

针对每一接收节点，根据所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一符号似然概率，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率，并对各第二符号似然概率进行归一化处理；

针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

可选地，在所述计算该发送节点的第四比特似然比的步骤之前，还包括：

优化并归一化处理每一发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率；

所述针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比的步骤，包括：

针对每一发送节点，根据优化后并进行归一化处理的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

可选地，在所述计算该发送节点的第三比特似然比的步骤之前，还包括：

优化每一发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

所述针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比的步骤，包括：

针对每一发送节点，根据优化后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

可选地，所述根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比的步骤包括：

根据以下公式，计算任一发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的接收节点n的第一比特似然比L_m→n：

其中，所述ln()为取对数符号，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为0的概率，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为1的概率。

可选地，所述根据该接收节点的序号、向该接收节点发送数据的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比的步骤，包括：

根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的第二比特似然比L_n→m：

其中，所述C_n,m为所述二进制调制系数矩阵中的第n行第m列的调制系数，所述y_n为所述接收节点n所接收的信号，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，所述tanh()为双曲正切运算，所述L_m→n为所述发送节点m针对所述接收节点n的第一比特似然比，所述μ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的均值，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的方差之和，所述Ξ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的方差，所述为一维噪声方差。

可选地，所述方法还包括：

根据预设的放缩因子，对所述第三比特似然比或所述第四比特似然比进行优化；

其中，当所述解调信号通过非线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.45且小于0.55；当所述解调信号通过线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.2且小于0.3。

另一方面，本发明实施例还提供了一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置，应用于接收端，所述接收端包括多个接收节点，所述装置包括：

解调模块，用于接收第一信号，并对所述第一信号进行解调，得到解调信号；

第一计算模块，用于当所述解调信号可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比；其中，所述原始信号为该发送节点进行调制之前的信号，所述原始信号的第一概率预测值为根据所述解调信号预测的该发送节点的原始信号取值的概率值；

二进制拆分模块，用于将所述解调信号进行二进制拆分，获得所述解调信号的二进制调制系数矩阵；其中，所述二进制调制系数矩阵的行、列分别与各所述接收节点的序号、以及各所述发送节点的序号相对应；

第二计算模块，用于针对每一接收节点，根据该接收节点的序号、向该接收节点发送信号的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

第三计算模块，用于针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

可选地，所述装置还包括：

第四计算模块，用于当所述解调信号不可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第二概率预测值，初始化该发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率；

第五计算模块，用于针对每一接收节点，根据所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一符号似然概率，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率，并对各第二符号似然概率进行归一化处理；

第六计算模块，用于针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

可选地，所述装置还包括：

第一优化模块，用于优化并归一化处理每一发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率；

所述第六计算模块具体用于：

针对每一发送节点，根据优化后并进行归一化处理的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

可选地，所述装置还包括：

第二优化模块，用于优化每一发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

所述第三计算模块具体用于：

针对每一发送节点，根据优化后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

可选地，所述第一计算模块具体用于：

根据以下公式，计算任一发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的接收节点n的第一比特似然比L_m→n：

其中，所述ln()为取对数符号，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为0的概率，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为1的概率。

可选地，所述第二计算模块具体用于：

根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的第二比特似然比L_n→m：

其中，所述C_n,m为所述二进制调制系数矩阵中的第n行第m列的调制系数，所述y_n为所述接收节点n所接收的信号，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，所述tanh()为双曲正切运算，所述L_m→n为所述发送节点m针对所述接收节点n的第一比特似然比，所述μ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的均值，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的方差之和，所述Ξ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的方差，所述为一维噪声方差。

可选地，所述装置还包括：

似然比优化模块，用于根据预设的放缩因子，对所述第三比特似然比或所述第四比特似然比进行优化；

其中，当所述解调信号通过非线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.45且小于0.55；当所述解调信号通过线性译码算法得出，所述放缩因子大于0.2且小于0.3。

本发明实施例提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法及装置，在根据解调信号对每个码元的原始数据进行概率估计后，获得二进制调制系数矩阵，根据二进制调制系数矩阵中发送端与接收端对应的调制系数，直接计算接收节点针对各发送节点的第二比特似然比，进而获得发送节点的第三比特似然比，使用本发明实施例所提供的用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法及装置，可以简化信号的似然比的计算过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法的另一步骤流程图；

图3为本发明实施例所提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法及装置，以下首先对本发明实施例所提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法进行介绍。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法的执行主体为任一有数据传输、数据处理能力的电子设备，该电子设备可以为任意类型的计算机、信号接收机、交换机、服务器等。

如图1所示，本发明实施例提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法，应用于接收端，所述接收端包括多个接收节点，所述方法包括如下步骤：

S101：接收第一信号，并对所述第一信号进行解调，得到解调信号；

其中，所述第一信号为发送端所发送的经过传输损耗的信号。其获得过程为：发送端将需要传输的信号以任意编码方式进行调制，接着发送调制后的信号，调制后的信号经过信道传输，在信道传输过程中信号会有一定的损耗，到达接收端，形成第一信号。

可以理解的是，针对所述第一信号进行的解调处理方式可以包括若干种，具体的需要与发送端的调制方式相对应，发送端以某种方式对信号进行调制，接收端就要以发送端所使用的调制方式相应的解调方式进行解调。

S102：当所述解调信号可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比；

其中，所述原始信号为各发送节点进行调制之前的信号，所述原始信号的第一概率预测值为根据所述解调信号预测的各发送节点的原始信号取值的概率值；

需要说明的是，二进制拆分为使信号以二进制电平和二进制调制系数的形式被体现出来。二进制拆分只是改变信号的体现形式，并不改变信号所记载的信息的内容。

进一步需要说明的是，第一概率预测值为根据解调信号预测出的原始信号的某一比特的取值为1的概率和该比特的取值为0的概率。

初始化所述MIMO-SCMA系统中，发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点n的第一比特似然比的步骤可以包括：根据以下公式，计算所述MIMO-SCMA系统中任一发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的接收节点n的第一比特似然比L_m→n：

其中，所述ln()为取对数符号，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为0的概率，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为1的概率。

需要说明的是，在本发明实施例中，每一发送节点在发送端的序号与其在所述MIMO-SCMA系统中的序号的对应关系为：m＝(v-1)JN_t+(n_t-1)J+j，其中，m为在所述MIMO-SCMA系统中发送节点序号，J为信号的调制总阶数，N_t为第v个发送端所配置的发送节点数，j为原始信号的比特序号。

可以理解的是，在本发明实施例中，当S101接收到第一信号时，可得到解调信号以及第一概率预测值。而实际应用中，因为信号被屏蔽或接收端的信号输入设备产生故障等原因，可能存在无信号输入的情况。在本发明实施例中，当S101没有第一信号输入时，可以将第一概率预测值设为0，以根据第一概率预测值计算各发送节点的信号似然比。

S103：将所述解调信号进行二进制拆分，获得所述解调信号的二进制调制系数矩阵；其中，所述二进制调制系数矩阵的行、列分别与各所述接收节点的序号、以及各所述发送节点的序号相对应；

其中，所述二进制调制系数矩阵为(2FN_r)×(JVN_t)矩阵，具有2FN_r行JVN_t列，F为所述MIMO-SCMA系统中接收端的数量，N_r为各接收端所配置的接收节点数，V为所述MIMO-SCMA系统中的发送端的数量。

需要强调的是，此处的二进制系数矩阵为所述解调信号的经过矩阵转置运算的二进制系数调制矩阵。

具体的，可以根据以下公式获得上述二进制调制系数矩阵中的各调制系数：

其中，为第v个发送端的第n_t个发送节点所发送的信号进行二进制拆分后的第j个比特数据对应的实部调制系数；为第v个发送端的第n_t个发送节点所发送的信号进行二进制拆分后的第j个比特数据对应的虚部调制系数，Re()为取复数实部的运算，Im()为取复数虚部的运算，和为所述MIMO-SCMA系统中第n个接收节点所接收的第v个发送端的第n_t个发送节点所发送的信号的比特向量中除第j比特取值不同，其他比特均相同的两个符号。其中，上述符号为上述信号所携带的数据。

S104：针对每一接收节点，根据该接收节点的序号、向该接收节点发送信号的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

其中，由于二进制系数矩阵的行、列分别与接收节点、发送节点的序号相对应，因此针对某一接收节点，根据该接收节点的序号、向该接收节点发送信号的发送节点的序号，可以在二进制系数矩阵中唯一确定一个二进制系数，用以计算第二比特似然比。举例而言，二进制系数矩阵为2×3矩阵，那么对于序号为2的接收节点，其针对序号为1的接收节点的第二比特似然比的计算就需要依据2×3矩阵中的第2行第1列的调制系数来进行计算。

具体的，根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的第二比特似然比L_n→m：

其中，所述C_n,m为所述二进制调制系数矩阵中的第n行第m列的调制系数，所述y_n为所述接收节点n所接收的信号，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，所述tanh()为双曲正切运算，所述L_m→n为所述发送节点m针对所述接收节点n的第一比特似然比，所述μ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的均值，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的方差之和，所述Ξ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的方差，所述为一维噪声方差。

需要说明的是，双曲正切运算x为任意表达式，在本发明实施例中e为自然常数。

S105：针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

具体的，根据以下公式计算发送节点m的第三比特似然比Γ_m：

其中，为接收发送节点m所发送信号的所有接收节点集合，L_n→m为接收发送节点m所发送信号的接收节点n针对发送节点m的第二比特似然比。

本发明实施例提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法，在根据解调信号对每个码元的原始数据进行概率估计后，获得二进制调制系数矩阵，根据二进制调制系数矩阵中发送端与接收端对应的调制系数，直接计算接收节点处的针对各发送节点的第二比特似然比，进而获得发送节点处第三比特似然比，使用本发明实施例所提供的用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法，可以简化信号的似然比的计算过程。

进一步的，为了使所求第三比特似然比更加准确，在所述计算各发送节点的第三比特似然比的步骤之前，本发明实施例还包括如下的优化步骤：

优化每一发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比。

可选的，优化的过程具体可以概括为：根据原始的第二比特似然比优化第一比特似然比，再根据优化后的第一比特似然比优化第二比特似然比，以完成第一次优化；接着根据第一次优化后的第二比特似然比优化第一次优化后的第一比特似然比，得到第二次优化后的第一比特似然比，再根据第二次优化后的第一比特似然比优化第二比特似然比，得到第二次优化后的第二比特似然比，完成第二次优化。以此循环往复，完成第k次优化。k的取值，可以由使用人员根据需求进行设定，本发明实施例在此不做限定。

以下，以k为1时的优化过程为例具体阐述。

具体的，根据以下公式，计算发送节点m的优化后的第一比特似然比L_m→n′：

其中，L_m→n为发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的接收节点n的第一比特似然比，为接收发送节点m所发送信号的所有接收节点集合，L_n→m为接收发送节点m所发送信号的接收节点n针对发送节点m的第二比特似然比。

根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的优化后的第二比特似然比L_n→m′：

所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的优化后的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，所述tanh()为双曲正切运算，所述L_m→n′为所述发送节点m针对所述接收节点n的优化后的第一比特似然比，所述μ_m→n′为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的优化后的均值，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的优化后的方差之和，所述Ξ_m→n′为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的优化后的方差，所述为一维噪声方差。

在执行优化步骤的实施例中，步骤S105包括，S105A：针对每一发送节点，根据优化后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

可以理解的是，实际情况下可能存在无法二进制拆分的信号，为了简化无法二进制拆分的信号的似然比的计算过程，更进一步的，在图1的基础上，如图2所示，本发明实施例提供的方法还包括：

S106：当所述解调信号不可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第二概率预测值，初始化该发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率；

其中，解调信号为步骤S101的处理结果。需要说明的是，第二概率预测值为某一发送节点的发送信号为该节点在所述MIMO-SCMA系统中对应的码本函数的概率。

具体的，根据以下公式，计算任一发送节点m的针对接收该发送节点发送信号的接收节点n的第一符号似然概率I_m→n(s_m)：

其中，所述s_m＝1,2,…,2^J，ln()为取对数函数，为第v个用户的第n_t个发送节点所发送的信号为所述MIMO-SCMA系统中第m个发送节点的码本函数C_m(s_m)的概率。

需要说明的是，在本发明实施例中，每一发送节点在发送端的序号与其在所述MIMO-SCMA系统中的序号的对应关系为：m＝(v-1)N_t+n_t，其中，m为在所述MIMO-SCMA系统中发送节点序号，v为发送端的序号，N_t为第v个发送端所配置的发送节点数量，n_t为第v个发送端上的发送节点序号。

需要说明的是，在本发明实施例中，当S101接收到第一信号时，可得到解调信号以及第二概率预测值。而实际应用中，因为信号被屏蔽或接收端的信号输入设备产生故障等原因，可能存在无信号输入的情况。在本发明实施例中，当S101没有第一信号输入时，可以将第二概率预测值设为以根据第二概率预测值计算各发送节点的符号似然概率进而获得信号似然比。

S107：针对每一接收节点，根据所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一符号似然概率，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率，并对各第二符号似然概率进行归一化处理；

具体的，根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的第二符号似然概率I_n→m(s_m)：

其中，r_n为上述接收节点n的经过矩阵转置运算的接收信号，上述接收信号以实部、虚部的形式体现r_n＝[Re(r_n),Im(r_n)]^T，ξ_m,n(s_m)为所述接收节点n接收所述发送节点m发送的信号的信号向量，为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，I_m→n(s_m)为所述发送节点m针对所述接收节点n的第一符号似然概率，J为信号的调制总阶数，T为矩阵的转置运算，μ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的均值，为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的方差之和，Ξ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的方差。

针对s_m的2^J个取值，任一I_n→m(s_m)存在2^J个取值，根据以下公式，对2^J个I_n→m(s_m)进行归一化处理获得归一化处理后的所述第二符号似然概率I_n→m(s_m)₀：

S108：针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

具体的，首先根据以下公式计算出发送节点m的第三符号似然概率I_m(s_m)：

为接收发送节点m所发送信号的所有接收节点集合，I_n→m(s_m)₀为接收发送节点m所发送信号的接收节点n针对发送节点m的归一化处理的第二符号似然概率。

其次根据发送节点m的第三符号似然概率I_m(s_m)，计算第四比特似然比L_m：

其中，为所述发送节点m的2^J个I_m(s_m)中第v个发送端的第n_t个发送节点的第j个比特信息为0的所有I_m(s_m)之和；为所述发送节点m的2^J个I_m(s_m)中第v个发送端的第n_t个发送节点的第j个比特信息为1的所有I_m(s_m)之和。

进一步的，为了使所求第四比特似然比更加准确，在所述计算该发送节点的第四比特似然比的步骤之前，本发明实施例还包括如下的优化步骤：

优化并归一化处理每一发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率；

可选的，本发明实施例中，优化并归一化的过程具体可以概括为：根据S107归一化处理后的第二符号似然概率优化第一符号似然概率并进行归一化处理，得到第一次循环的第一符号似然概率，再根据第一次循环的第一符号似然概率优化第二符号似然概率并进行归一化处理，得到第一次循环的第二符号似然概率，以完成第一次循环；接着根据第一次循环的第二符号似然概率优化第一次循环的第一符号似然概率并对其进行归一化处理，得到第二次循环的第一符号似然概率，再根据第二次循环的第一符号似然概率优化第一次循环的第二符号似然概率并进行归一化处理，得到第二次循环的第二符号似然概率，完成第二次循环。以此循环往复，完成h次优化循环。h的取值，可以由使用人员根据需求进行设定，本发明实施例在此不做限定。

以下，以h为1时的循环过程为例，进行阐述。

具体的，根据以下公式，计算发送节点m的优化后的第一符号似然概率I_m→n(s_m)′：

I_m→n(s_m)为发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的接收节点n的第一符号似然概率，为接收发送节点m所发送信号的所有接收节点集合，I_n→m(s_m)₀为接收发送节点m所发送信号的接收节点n针对发送节点m的归一化处理后的第二符号似然概率。

根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的优化后的第二符号似然概率：

其中，r_n为上述接收节点n的经过矩阵转置运算的接收信号，上述接收信号以实部、虚部的形式体现r_n＝[Re(r_n),Im(r_n)]^T，ξ_m,n(s_m)为所述接收节点n接收所述发送节点m发送的信号的信号向量，为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的优化后的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，I_m→n(s_m)′为所述发送节点m针对所述接收节点n的优化后的第一符号似然概率，J为信号的调制总阶数，T为矩阵的转置运算，μ′_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的优化后的均值，为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的优化后的方差之和，Ξ′_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的优化后的方差。

需要说明的是，信号向量ξ_m,n(s_m)为经过信道衰落的信号向量。

在执行优化步骤的实施例中，步骤S108包括：

针对每一发送节点，根据优化后并进行归一化处理的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

可选地，为了使第三比特似然比或所述第四比特似然比更加准确，本发明实施例还包括：根据预设的放缩因子，对所述第三比特似然比或所述第四比特似然比进行优化；

其中，当所述解调信号通过非线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.45且小于0.55；当所述解调信号通过线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.2且小于0.3。

需要说明的是，根据放缩因子对第三比特似然比或第四比特似然比进行优化的过程为，将放缩因子与第三比特似然比或第四比特似然比相乘。

相应于上述方法实施例，本发明实施还提供了一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置。该计算装置可以为专门的信号处理应用程序，也可以为其他类应用程序的插件，例如浏览器的插件、专用搜索引擎的插件、等任何有数据传输需求的任一应用程序的插件。

如图3所示，本发明实施例提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置，应用于接收端，所述接收端包括多个接收节点，所述装置包括：

解调模块310，用于接收第一信号，并对所述第一信号进行解调，得到解调信号；

第一计算模块320，用于当所述解调信号可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比；其中，所述原始信号为该发送节点进行调制之前的信号，所述原始信号的第一概率预测值为根据所述解调信号预测的该发送节点的原始信号取值的概率值；

二进制拆分模块330，用于将所述解调信号进行二进制拆分，获得所述解调信号的二进制调制系数矩阵；其中，所述二进制调制系数矩阵的行、列分别与各所述接收节点的序号、以及各所述发送节点的序号相对应；

第二计算模块340，用于针对每一接收节点，根据该接收节点的序号、向该接收节点发送信号的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

第三计算模块350，用于针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

本发明实施例提供的一种用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置，在根据解调信号对每个码元的原始数据进行概率估计后，获得二进制调制系数矩阵，根据二进制调制系数矩阵中发送端与接收端对应的调制系数，直接计算接收节点处的针对各发送节点的第二比特似然比，进而获得发送节点处第三比特似然比，使用本发明实施例所提供的用于MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置，可以简化信号的似然比的计算过程。

可选的，在图3的基础上，如图4所示，所述装置还包括：

第四计算模块360，用于当所述解调信号不可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第二概率预测值，初始化该发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率；

第五计算模块370，用于针对每一接收节点，根据所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一符号似然概率，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率，并对各第二符号似然概率进行归一化处理；

第六计算模块380，用于针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

可选的，所述装置还包括第一优化模块，所述第一优化模块具体用于：

优化并归一化处理每一发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率；

所述第六计算模块380具体用于：

针对每一发送节点，根据优化后并进行归一化处理的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

可选的，所述装置还包括第二优化模块，所述第二优化模块具体用于：

优化每一发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

所述第三计算模块350具体用于：

针对每一发送节点，根据优化后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

可选的，所述第一计算模块320具体用于：

根据以下公式，计算任一发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的接收节点n的第一比特似然比L_m→n：

其中，所述ln()为取对数符号，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为0的概率，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为1的概率。

可选的，所述第二计算模块340具体用于：

根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的第二比特似然比L_n→m：

其中，所述C_n,m为所述二进制调制系数矩阵中的第n行第m列的调制系数，所述y_n为所述接收节点n所接收的信号，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，所述tanh()为双曲正切运算，所述L_m→n为所述发送节点m针对所述接收节点n的第一比特似然比，所述μ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的均值，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的方差之和，所述Ξ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的方差，所述为一维噪声方差。

可选的，所述装置还包括：

似然比优化模块，用于根据预设的放缩因子，对所述第三比特似然比或所述第四比特似然比进行优化；

其中，当所述解调信号通过非线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.45且小于0.55；当所述解调信号通过线性译码算法得出，所述放缩因子大于0.2且小于0.3。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于基于多输入、输出技术的稀疏码多址接入MIMO-SCMA系统的信号似然比计算方法，其特征在于，应用于接收端，所述接收端包括多个接收节点，所述方法包括：

接收第一信号，并对所述第一信号进行解调，得到解调信号；

当所述解调信号可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比；其中，所述原始信号为该发送节点进行调制之前的信号，所述原始信号的第一概率预测值为根据所述解调信号预测的该发送节点的原始信号取值的概率值；

将所述解调信号进行二进制拆分，获得所述解调信号的二进制调制系数矩阵；其中，所述二进制调制系数矩阵的行、列分别与各所述接收节点的序号、以及各所述发送节点的序号相对应；

针对每一接收节点，根据该接收节点的序号、向该接收节点发送信号的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比；

其中，所述方法还包括：

当所述解调信号不可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第二概率预测值，初始化该发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率；

针对每一接收节点，根据所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一符号似然概率，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率，并对各第二符号似然概率进行归一化处理；

针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

2.根据权利1所述的方法，其特征在于，在所述计算该发送节点的第四比特似然比的步骤之前，还包括：

优化并归一化处理每一发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率；

所述针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比的步骤，包括：

针对每一发送节点，根据优化后并进行归一化处理的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算该发送节点的第三比特似然比的步骤之前，还包括：

优化每一发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比，以及每一接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

所述针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比的步骤，包括：

针对每一发送节点，根据优化后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比的步骤包括：

根据以下公式，计算任一发送节点m的针对接收该发送节点所发送信号的接收节点n的第一比特似然比L_m→n：

其中，所述ln()为取对数符号，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为0的概率，所述为第v个发送端的第n_t个发送节点发送的原始信号的第j个比特信息的取值为1的概率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据该接收节点的序号、向该接收节点发送数据的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比的步骤，包括：

根据以下公式，计算任一接收节点n针对向该接收节点发送信号的任一发送节点m的第二比特似然比L_n→m：

其中，所述C_n,m为所述二进制调制系数矩阵中的第n行第m列的调制系数，所述y_n为所述接收节点n所接收的信号，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的均值之和，其中，所述为向所述接收节点n发送信号的所有发送节点的集合，所述tanh()为双曲正切运算，所述L_m→n为所述发送节点m针对所述接收节点n的第一比特似然比，所述μ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的均值，所述为向所述接收节点n发送信号的各发送节点所发送信号中包括的各数据的方差之和，所述Ξ_m→n为所述发送节点m向所述接收节点n所发送信号中包括的各数据的方差，所述为一维噪声方差。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据预设的放缩因子，对所述第三比特似然比或所述第四比特似然比进行优化；

其中，当所述解调信号通过非线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.45且小于0.55；当所述解调信号通过线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.2且小于0.3。

7.一种用于基于多输入、输出技术的稀疏码多址接入MIMO-SCMA系统的信号似然比计算装置，其特征在于，应用于接收端，所述接收端包括多个接收节点，所述装置包括：

解调模块，用于接收第一信号，并对所述第一信号进行解调，得到解调信号；

第一计算模块，用于当所述解调信号可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第一概率预测值，初始化该发送节点的针对接收该发送节点所发送信号的各接收节点的第一比特似然比；其中，所述原始信号为该发送节点进行调制之前的信号，所述原始信号的第一概率预测值为根据所述解调信号预测的该发送节点的原始信号取值的概率值；

二进制拆分模块，用于将所述解调信号进行二进制拆分，获得所述解调信号的二进制调制系数矩阵；其中，所述二进制调制系数矩阵的行、列分别与各所述接收节点的序号、以及各所述发送节点的序号相对应；

第二计算模块，用于针对每一接收节点，根据该接收节点的序号、向该接收节点发送信号的发送节点的序号、所述二进制调制系数矩阵、所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一比特似然比，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二比特似然比；

第三计算模块，用于针对每一发送节点，根据接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二比特似然比，计算该发送节点的第三比特似然比；

其中，所述装置还包括：

第四计算模块，用于当所述解调信号不可二进制拆分时，针对所述MIMO-SCMA系统中的每个发送节点，根据该发送节点的原始信号的第二概率预测值，初始化该发送节点针对接收该发送节点发送信号的各接收节点的第一符号似然概率；

第五计算模块，用于针对每一接收节点，根据所述第一信号以及向该接收节点发送信号的发送节点的针对该接收节点的第一符号似然概率，计算该接收节点的针对向该接收节点发送信号的各发送节点的第二符号似然概率，并对各第二符号似然概率进行归一化处理；

第六计算模块，用于针对每一发送节点，根据归一化处理后的接收该发送节点发送信号的接收节点的针对该发送节点的第二符号似然概率，计算该发送节点的第四比特似然比。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

似然比优化模块，用于根据预设的放缩因子，对所述第三比特似然比或所述第四比特似然比进行优化；

其中，当所述解调信号通过非线性译码算法得出时，所述放缩因子大于0.45且小于0.55；当所述解调信号通过线性译码算法得出，所述放缩因子大于0.2且小于0.3。